[科普中国]-六偏磷酸盐

六偏磷酸盐用途

六偏磷酸钠用于肉制品、鱼肉肠、火腿等，能提高持水性，增高结着性，防止脂肪氧化；用于豆酱、酱油能防止变色，增加粘稠性，缩短发酵期，调节口味；用于水果饮料、清凉饮料，可提高出汁率，增高粘度，抑制维生素C分解；用于冰淇淋可提高膨胀能力，增大容积，增强乳化作用防止膏体破坏，改善口感和色泽；用于乳制品、饮料防止凝胶沉淀；加入啤酒中能澄清酒液、防止浑浊；用于豆类、果蔬罐头，可稳定天然色素，保护食品色泽。此外，六偏磷酸钠水溶液喷涂于腌制肉上，可提高防腐性能。

用量：一般0.3-0.5%,干酪中用量0.9%；肉类0.3%；奶粉、奶油粉、速冻鱼、虾类0.5%；炼乳、饮料0.2%1。

六偏磷酸盐对KDP晶体快速生长的影响磷酸二氢钾( KDP)晶体是可用于惯性约束核聚变( ICF) 工程的非线性光学材料。传统方法生长KDP晶体生长速度慢( 0.5～1 mm/d) ，生长周期长、风险高，难以满足ICF 工程快速发展的需要。美国劳伦斯里弗摩尔实验室的Zaitseva 等报道的“点籽晶”快速生长法，实现了KDP晶体的三维立体生长，使晶体的生长速度提高了一个数量级，大大缩短了生长周期，降低了成本。快速生长已成为KDP 晶体生长的关键技术和研究热点。

杂质离子是影响KDP晶体生长和性能的关键因素。相比于低过饱和度下的传统生长方式，“点籽晶”快速生长是在高过饱和度溶液中进行，溶液中杂质离子更容易被包裹进入晶体内部，因此杂质离子对快速生长的KDP晶体的影响更为显著。六偏磷酸盐作为磷酸盐的衍生物，通常会在KH2PO4的制备过程中产生，从而成为KDP原料中的一种杂质。

KDP晶体的传统生长法是在低过饱和度溶液中进行，此时晶体只有锥面生长；“点籽晶”快速生长法是在高过饱和度溶液中，晶体柱锥面同时生长。杂质对晶体生长的影响主要是由KDP晶体的结构和杂质离子的化学特性(离子大小、结构，所带电荷种类、数量等) 决定的。KDP晶体柱锥面结构有明显差异；KDP晶体锥面是由双层正离子K+和双层负离子H2PO2交替堆积而成，H2PO2离子以氢键相互连接，在生长过程中锥面总是为K+所覆盖，这一特点使它容易吸引带负电荷的阴离子，尤其是具有氢键形成能力的阴离子，除静电吸引外，还可以与锥面上的H2PO2通过氢键结合。KDP晶体柱面是由带正电的K+与带负电的H2PO2交替堆积而成，由于O原子平面略高于P原子和K原子平面，故柱面显弱负电势，一般情况下阴离子不容易接近，但对于具有较强氢键形成能力的阴离子也可以与柱面的磷酸根通过氢键结合。Na(PO3)是一种环状聚合物，它在溶液中的水解产物六偏磷酸根带负电荷，其端基与H2PO2的端基相同，都为PO4四面体。它一方面很容易通过静电吸附和氢键结合的方式进入锥面，占据晶体锥面的晶格格位；另一方面也有部分会通过氢键结合的方式进入柱面，占据晶体柱面的格位。六偏磷酸盐对KDP晶体生长( 生长形态，晶体缺陷，溶液稳定性)的影响主要是由于六偏磷酸根阴离子进入晶格引起的，而且由于静电引力引起的吸附体所形成的离子键强于氢键，所以其对锥面生长的影响比柱面更大，这一点也与晶体生长过程中的现象相吻合。

由于结构上的差异，六偏磷酸根进入晶格，会像以前报道的其它杂质离子( Fe3+、Cr3+、Al3+ 和SO2-4等) 一样，阻碍晶体基本台阶的推移，抑制晶面的生长速度，六偏磷酸根的尺寸更大，因此其抑制作用必然更明显。晶面生长速度的减慢使溶液中过饱和度逐渐积累，由于锥面受到的抑制作用比柱面更加显著，过饱和度积累就使得晶体柱面产生扩展，因而晶体宏观形态变“矮胖”。当溶液中偏磷酸根浓度足够高时，晶体锥面的格位被完全占据，锥面生长就能被完全抑制，从而柱面不再显露，晶体呈现为四方锥形。

晶体中产生包藏、添晶和裂纹等缺陷也是由于六偏磷酸根进入晶格引起的。大尺寸的六偏磷酸根吸附在晶体表面，阻碍大量基本生长台阶的推移，致使宏台阶产生，宏台阶在推移过程中将一个包含母液的封闭区域包入晶体中，就形成了包藏。六偏磷酸根进入晶格造成晶格失配，加大了晶体内部的应力，当晶体内部的应力超过正常堆积的应力极限时，晶体就会开裂，内部显出裂纹。晶体开裂产生的碎晶附着在晶体表面成为另一个晶核，就会致使添晶的形成。由于晶体在溶液中不断旋转，晶棱比晶面中心更多地接触到新鲜溶液，柱锥面交界处附近就更容易形成这些缺陷。

六偏磷酸根对晶面生长的抑制作用使溶液中过饱和度逐渐积累，这使溶液中容易发生自发成核; 另外晶体出现包藏或开裂时产生的碎晶掉入溶液后，会随着过饱和度的增加而生长成为杂晶。这两个因素可能是掺杂偏磷酸盐的溶液稳定性之所以降低的原因。

相比低过饱和度下进行的传统生长法，“点籽晶”快速生长是在高过饱和度下进行，杂质离子更容易被包裹进入快速生长的晶体内部。因此，同等浓度的Na(PO3)对“点籽晶”快速生长比传统慢速生长的影响更为严重2。

偏磷酸盐对KDP晶体光学性能的影响掺杂六偏磷酸盐加重了KDP晶体内部的光散射，这与以前报道的SO2和SiO2等杂质离子加重晶体内部光散射的结果相类似。六偏磷酸根吸附在晶体表面，阻碍基本生长台阶的推移，致使宏台阶产生，随着溶液过饱和度增大，宏台阶在推移过程中将包含母液的封闭区域包入晶体中，形成母液包裹体; 当这种包裹体在几十个纳米以下，就可以用超显微方法观察到晶体内部的光散射。随着六偏磷酸根浓度增加，阻碍作用加大，母液包裹体增多，光散射也随之加重。六偏磷酸根离子比SO2和SiO2的离子尺寸都大，其对晶体生长的阻碍作用更大，形成的母液包裹体会更多，因此六偏磷酸盐加重晶体光散射的作用比SO2和SiO2更强。

据报道KDP晶体的激光损伤阈值可能与晶体内部的光散射有关系，散射密度越高，晶体的激光损伤阈值越低。六偏磷酸盐掺杂加重了晶体内部的光散射，从而使得晶体的激光损伤阈值降低。

相比传统法生长的晶体，进入快速法生长的晶体内部的六偏磷酸根更多，晶体受到的影响就更明显，这可能是同等Na(PO3)掺杂浓度下，快速生长的晶体比传统生长的晶体光学质量下降更大的原因。

总结溶液中掺杂少量六偏磷酸盐就对KDP晶体快速生长溶液的稳定性产生极大的破坏性影响; 使生长的晶体容易出现添晶、包藏和裂纹等宏观缺陷；并显著降低快速生长晶体的光学性能。六偏磷酸盐对KDP晶体锥面的影响比柱面更严重；相比低饱和度下的传统慢速生长，同等浓度的六偏磷酸盐对高过饱度下“点籽晶”快速生长的晶体影响更显著。在KDP晶体快速生长过程中，必须严格控制溶液中的六偏磷盐浓度3。